TEKSTĐL FABRĐKASI BOYA TESĐSĐNDE SCADA YAZILIMLI ISI GERĐ KAZANIM OTOMASYONU ve UYGULAMASI

Transkript

1 TEKSTĐL FABRĐKASI BOYA TESĐSĐNDE SCADA YAZILIMLI ISI GERĐ KAZANIM OTOMASYONU ve UYGULAMASI Mustafa ŞEKKELĐ 1 Muharrem ĐMAL msekkeli@ksu.edu.tr muharremimal@ksu.edu.tr Erdal KILIÇ 3 Furkan DĐNÇER 4 ladrekilic@hotmail.com roboelektronik@hotmail.com 1,4 Sütçü Đmam Üniversitesi, Müh.-Mim. Fak., Elektrik-Elektronik Müh. Böl. K.Maraş Sütçü Đmam Üniversitesi, Müh.-Mim. Fak., Makine Müh. Böl. K.Maraş 3 Sütçü Đmam Üniversitesi, Afşin Meslek Yüksek Okulu, K.Maraş ABSTRACT Stenter machine is used to dry humidity inside the fabric. hot air from the cabin of stenter machine, is normally exaused to the chimney.. In this study, those that laid out a hot-air is recovered with scada based automation system. Obtained heat with the help of a heat exchanger, cold fresh air entering the stenter machine is used in the heating process. so that, heating of cold air entering the stenter machines on fuel savings are used for Anahtar sözcükler: Ramöz, Isı geri kazanım, Otomasyon, PLC 1. GĐRĐŞ Tekstil ürünleri üretim sürecinde bir takım yaş işlemlere tabi tutulmakta ve bu nedenle değişik aşamalarda kurutulmaları gerekebilmektedir. Tekstil endüstrisinde ürünlerin kurutulması, malzemeden nemin alınış şekline göre ön kurutma ve esas kurutma olarak sınıflandırılmaktadır. Ön kurutma işlemi; mekanik yöntemlerle kurutma olup, ilk yatırım ve işletme giderleri bakımından ekonomik olmakta, ancak ürün üzerindeki nemin tamamı bu yöntemlerle giderilememektedir. Bu nedenle esas kurutma olarak bilinen ısı enerjisiyle kurutmada, maliyeti düşürmek için yaş tekstil ürünleri önce ön kurutmaya tabi tutulmakta, daha sonra esas kurutmaya gönderilmektedir. [1] Ürünün kurutulması ve yapısına zarar verilmemesi açısından tekstil endüstrisinde en yaygın olarak kullanılan kurutma makinelerinden biriside Ramözlerdir. Ramözler, genel olarak bitim işlemi sonrası fiksaj işleminde, sentetik kumaşların termofiksajında, boyama-baskı sonrası kumaşların kurutulmasında ve fiksajında ve diğer terbiye işlemleri sonrası kurutmada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ramözlerde ihtiyaç duyulan hava iki yöntemle ısıtılmaktadır; birinci yöntemde oc derece sıcaklıktaki kızgın yağ ısıtma bataryalarından geçirilerek hava ısıtılır, ikinci yöntemde ise doğalgaz yakıcılarında (brülörler) yanan doğal gaz havayı ısıtır. Doğal gazın yakılması ile ısıtılan Ramözler günümüzde daha çok kullanılmaktadır. Bunun sebebi basit yapıları ve ısıl verimlerinin daha yüksek olmasıdır. [1-4] Ramöz makinesi kamaralarından o C sıcalıkla çıkan kirli baca gazı normalde dışarı atılmaktadır. Bu çalışmada dışarı atılan bu sıcak hava bir otomasyon sistemiyle geri kazanılmakta, havanın ön temizliği yapılıp,içerisindeki katı kırıntı ve atıklar temizlenmektedir. Daha sonra bu sıcak hava bir eşanjörden geçirilerek ısısı ramöz makinesine giren temiz havanın ısıtılması işleminde kullanılmaktadır. Böylece ramöz makinesi için gerekli

2 havanın ısıtılması için kullanılan yakıttan tasarruf sağlanmıştır.yapılan bu otomasyon sistemi kendini yaklaşık 1 ay gibi sürede amorti edeceği hesaplanmıştır.. RAMÖZ MAKĐNESĐ Ramözler, kumaşların makine içerisinde enine bir şekilde iğne yada paletler tarafından kenarlarından tutturulduğu, bir çift yürüyen zincirle kumaşın hareketinin sağlandığı ve bu esnada kumaşa sıcak havanın gönderildiği kurutma makineleridir. Ramözlerin ilk yatırım ve işletme maliyetlerinin yüksek olmasına rağmen, tekstil ürünlerinin boyutsal formunun kontrol edilebilmesi ve kurutma, kondenzasyon ve termofiksaj işlemlerinde de kullanılabilmesi nedeniyle en çok tercih edilen kurutma makineleridir. Ramözlerde kumaşa istenilen en ve boy ayarı verilebilmekte, kumaştaki kırışıklıklar giderilebilmekte ve kumaş kenarındaki tutucular dışında hiçbir yere değmeden kumaş geçişi sağlanabilmektedir [3]. Kumaş enine açık bir şekilde makineye sevk edilmekte ve makine içerisinde kenarlarından tutturulmuş bir biçimde taşınmaktadır. Kumaşın alt ve üst yüzeylerine düzeler vasıtasıyla püskürtülen basınçlı sıcak hava ile nemli kumaşta bulunan su, buhar haline geçmekte ve su buharı içeren hava, özel bir emme tertibatı ile kumaştan uzaklaştırılmakta ve böylece kumaş kurutulmuş olarak makineyi terk etmektedir. []. Ramözlerde metre boyunda, mamul türüne bağlı olarak sayıları belirlenebilen bölmeler bulunmaktadır. Đlk bölümde kumaş çok hızlı ısıtılmakta, orta bölümde sıcaklık sabit tutulmakta ve son bölümde ise daha düşük sıcaklıkta çalışılmaktadır. Bölümler içerisinde kumaş, sadece kenarlarından tutularak hiçbir yere değmeden taşınmakta ve düzelerden kumaş yüzeyine basınçlı sıcak hava püskürtülmektedir [4]. Kumaş üzerine püskürtüldükten sonra yüksek oranda su buharı içermeye başlayan havanın belli bir bölümü, özel bir emme tertibatı ile kurutma bölümünden atılmaktadır. Böylece, ramöz çıkışında kumaşın nem içeriği yaklaşık olarak %5 seviyesine düşürülmektedir. Emme tertibatı yardımıyla kurutma bölümünü terk eden havanın sıcaklığı genellikle C, debisi ise m3/saat aralığındadır. Ramöz içerisine verilen toplam ısının bir kısmı kumaş tarafından taşınan ve etrafa verilen ısıdır. Bu ısı yaklaşık % 15 civarındadır. Isının geri kalan kısmı ise, kumaştaki suyu buharlaştırmak için harcanan ısı ve kurutma havasını ısıtmak için harcanan ısıdır. Bu ısıların toplamı % 85 civarındadır. Bu ısı enerjisi ramöz bacasından atmosfere salınır. Bacadan atılan bu ısı enerjisi geri kazanım amaçlı kullanılabilir. Bu amaçla yapılan ısı geri kazanım üniteleri, genellikle sıcak havanın borulu ısı değiştirici yardımı ile ramöze giren taze soğuk havayı ısıtması şeklindedir. Bu şekildeki bir endüstriyel kontrol sisteminde önce sıcak atık hava içerisindeki katı içerikler bir ön temizleyiciden geçirilerek temizlenir.[4] 3. PLC VE SCADA SĐSTEMLERĐ PLC (Programmable Logic Controller) Programlanabilir Mantıksal Denetleyici), dış algılayıcılardan aldığı bilgiyi kendine yüklenen programa göre işleyen ve iş elemanlarına aktaran mikro işlemci tabanlı bir cihazdır. PLC ler, endüstriyel otomasyon sistemlerinin kumanda ve kontrol devrelerine uygun yapıda girişçıkış birimleri ve iletişim arabirimleri ile donatılmış, SCADA sistemi ile uyumlu çalışan sanayi tipi bilgisayarlardır [5]

3 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) kullanılarak bir otomasyon sisteminin işleyişi görüntülenebilir, kontrol ve kumanda edilebilmektedir. SCADA sistemleri, endüstriyel proseslerde, telekomünikasyonda, taşımacılıkta, enerji santrallerinde ve tekstil fabrikaları sanayi tesislerinde kontrol amaçlı kullanılmaktadırlar. SCADA sistemleri 100 binleri bulan giriş/çıkış olan prosesleri kontrol edebilmektedir[5-7]. 4. ISI GERĐ KAZANIM OTOMASYON SĐSTEMĐ Ram makinesi kamaralarından o C sıcaklıkla çıkan kirli baca gazı dışarı atılmayıp bir prosesle ısı geri kazanımı yapılmaktadır. Yapılan otomasyon sistemine ait proses akış diyagramı Şekil-1 de verilmiştir. Şekil-1 Isı kazanım otomasyonu akış diyagramı Ayrıca şekil- de otomasyon scada ekranı ve blok diyagramı verilmiştir. Blok ve akış diyagramlarına göre otomasyon sistemi aşağıda anlatıldığı gibi çalışmaktadır; çıkan baca gazının sıcaklığı T1 ile gösterilmiştir. Baca gazı, ısı geri kazanım sistemi stop durumundayken otomatik bir klepe yardımıyla dışarı verilmektedir. Sistem çalışır duruma getirildiğinde klepe baca gazının dışarı bağlantısını keser ve gazın ısı geri kazanım sistemine giden Şekil. Ramöz otomasyon sistemi scada ekranı

4 yolunu açar. Sisteme gelen bu kirli havanın debisi inverterle sürülen, baca gazı fan motorlarının çalışma frekansına göre belirlenmektedir. Frekans değerine göre baca borularından kaç m 3 hava geçtiği hesaplanmaktadır. PT-100 sensörü ile sıcaklık (T1), frekans ile debi bilgisi alınıp ısı kazanımı yapılabilecek havanın enerji potansiyeli belirlenmektedir. Makinenin kamaralarından gelen baca gazının içinde üründen (kumaş) gelen elyaf tozları ve kimyasallar bulunduğundan bu hava eşanjöre verilmeden önce döner filtre sistemiyle temizlenmektedir. Bu filtre içinde dönen bir elek yardımıyla havadaki istenmeyen maddeler ve kirler tutulmaktadır. Döner filtre sisteminde bulunan eleklerin temizlenmesi için, bir sistem yapılmıştır. Bu sistemde basınçlı su fıskiyelerle pülverize edilerek belli aralıklarla döner filtre üzerine verilmekte ve tıkanan delikler açılmaktadır. Çalışılan prosese göre havanın kirlilik durumu değişiklik gösterdiğinden fiskiye ve döner filtre çalışma periyotları scada ortamında istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Döner filtre çıkışındaki hava yine bir PT- 100 sıcaklık sensörü yardımıyla ölçülüp scada ekranında T5 olarak gösterilmiştir. Döner filtreden çıkan hava ön temizliği yapılmış olarak eşanjöre verilmektedir. Eşanjör ısı dönüştücü olarak görev yapmaktadır. Sistemden gelen temizlenmiş ve sıcak hava serpantinlerde dolaştırılır. Dışardan alınan ve T3 ile gösterilen temiz hava serpantinle temas ettirilerek sıcak havadaki ısı taze havaya aktarılır. Isısı alınan proses havası scada ekranında T ile gösterilmiştir. Bu hava bir pompa vasıtasıyla atık hava olarak bacadan dışarı verilir. Temiz hava eşanjör çıkışında ısısı artırılmış olarak ramöz makinesine tekrar verilir. Scada ekranında bu sıcaklık T4 olarak gösterilmiştir. Bu otomasyonda eşanjöre T3 olarak giren temiz hava eşanjörden T4 olarak ve sıcaklık artmış olarak Ram makinesi kamaralarına verilmektedir. Sistem T sıcaklığı set edilerek çalışılmaktadır. T sıcaklık değerine göre sisteme giren temiz havanın debisi bir inverterle ayarlanmaktadır. Temiz havanın debisi pitot tüpü yardımıyla (fark basınç) ölçülmektedir. T3, T4 noktaları arasında elde edilen fark ısı kazancı ve pitot tüpü ile elde edilen basınç farkı sayesinde hava debisi hesaplanmakta ve bu otomasyon sisteminden elde edilen kazanç enerji kcal olarak scada ekranında anlık olarak gösterilmektedir. Ayrıca bu değerler scada veri tabanına kaydedilip günlük, aylık ve yıllık verilere göre raporlanabilmektedir. Sistem elemanlarının herhangi birinin arızalanması durumunda sistem otomatik olarak by-pass konumuna geçmektedir. Ayrıca Ram makinesi baca gazının 150 o C sıcaklığı geçtiği durumda yine sistem otomatik olarak by-pass konumuna geçmekte ve geri kazanım ünitesi devreye girmeyip hava doğrudan dışarı atılmaktadır. Baca gazı çıkış fanı, temiz hava giriş fanı ve kirli hava çıkış fanı inverter ile sürülmektedir. 5. ISI GERĐ KAZANIM HESAPLARI 5.1 Isı geri kazanım otomasyon sistemi için kullanılan formüller Isı geri kazanım sistemine ait kullanılan formülasyonlar ve sembollerin anlamları aşağıda verilmiştir. Pitot Tüpü ( basınç dönüştürücü) Hava Debisi π Q = V 60 D 4 Pitot Tüpü Hava Hızı P V = C γ Fark basınç; P T (1) ()

5 1 P = γ V (3) Hava yoğunluğu; 73 γ = 1.93 (4) 73+ T Yukardaki formüllerde D: Havanın geçtiği borunun çapı (m), V: Havanın hızı (m/sn) Q: Havanın debisi (m³/dk) δ : Havanın yoğunluğu (kg/m³) C: Pitot tüpü katsayısı P: fark basınç Olarak sembolize edilmiştir. Borulardaki basınç kaybı şekil.3 de şematik olarak gösterilmiştir. PH1 FAK16 FAK15 FAK14 P PH FAK19 FAK18 FAK17 Şekil.3 borulardaki basınç kaybı şeması 5. Mevcut tesis bilgileri Ramöz Bilgileri: tesiste 3 adet ramöz makinesi bulunmaktadır. Tablo 1 de tesise ait ramöz makinesi değerleri verilmiştir. Otomasyon sistemi sadece 1 ramöz makinesine uygulanmıştır. Tablo.1 Ramöz makinesi bilgileri PH3 Ramöz Ra m 1 Ra m Ra m 3 Kamara Sayısı Baca Sayısı 1.Baca Gaz Sıcaklığı ( C) 1.Baca Gazı Debisi (m³/h) Baca Gazı Sıcaklığı ( C).Baca Gazı Debisi (m³/h) Tesiste üretilen mamul kumaşlara ait bilgiler ise Tablo. de verilmiştir. Tablo. Kumaş bilgileri Ramöz Hızı (m/dk) Kumaş Ağırlığı (gr/m) 386 Kuru Kumaş Ağırlığı (kg/h) (663) Kumaş Giriş Nemi (%) Kumaş Çıkış Nemi (%) 3-8 Buharlaştırılan Su Miktarı (kg/h) Gerekli ısıyı elde etmek için mevcut sistemde kullanılan enerji değerleri Tablo.3 de verilmiştir. Tablo.3 gerekli enerji değerleri Buharlaştırma (kcal/h) Hava Isıtma (kcal/h) Kumaş ve Makine Kaçakları (kcal/h) Toplam (kcal/h) Isı Geri Kazanımlı Sistemde Harcanan Enerji Miktarları Tablolardaki veriler kullanılarak tek bir ramözde harcanan enerji miktarı kcal/h dır. Ortalama enerji tüketimini 3 adet Ramöz için hesaplarsak; kcal/h olarak bulunur. Đşletmede kullanılan kızgın yağlı kazan verimi yaklaşık olarak %70 civarında olduğu tespit edilmiştir. Ramözlerin aktif olduğunda harcadıkları yakıt enerjisi; / 0,70 = kcal/h (5) Kazanda kullanılan kömürün ısıl enerjisi 6.00 kcal/kg olarak alınıp yakılan kömür miktarı; / 600 = 8,46 kg/h (6) Kömür birim fiyatı 140 TL/ton olup aylık kömür harcaması;

6 8,46 x 4 x 30 x 0,140 = TL/ay (7) olarak bulunur. Aynı hesapları uyguladığımız takdirde 577,53 kg/h aylık kömür için harcanan miktar bulunur. Mevcut sisteme revizyon yapılarak, faaliyete geçirilen ısı geri kazanımlı otomasyon sisteminde TL/ay tasarruf yapılmış olur. Isı geri kazanım sistem ile yapılan otomasyon sistemi nedeniyle elde edilen toplam yakıt tasarrufu %36 ( TL/ay) olarak hesaplanmış olur Bu durumda yakıttan elde edilen tasarruf sayesinde otomasyon sistemine harcanan bedel yaklaşık 1 ay gibi bir zamanda geri alınmış olacaktır. 5.4 Anlık Değerler Đçin Örnek Hesaplama Aşağıda scada ekranında okunan herhangi bir ana ait otomasyon sisteminin giriş, çıkış ve elde edilen kazanç değerleri örnek olarak verilmiştir. Çap: 0.64 metre Giriş Sıcaklığı: 8,3 C Çıkış Sıcaklığı: 87 C Pitot: 146,7 paskal Yoğunluk: 1,1715 kg/m³ Hız: 11,0783 m/s Debi: 1.835,3 m³/h Kazanç: 11.3,51 kcal (Otomasyon sistemi sayesinde elde edilen kazanç) en çok kullanılan makine ramöz makineleridir. Bu makinelerde kumaş kurutma sistemi ısıtılan havanın kumaş üzerine püskürtülmesi ile yapılır. Ramözden çıkan sıcak hava bacalarla dışarı atılır. Bu çalışmada dışarı atılan sıcak havadan ısıyı geri kazanmak amacıyla ısı geri kazanım sistemi uygulanmıştır.atık havadan elde edilen ısı ramöz makinesinin soğuk olan temiz havasının ısıtılmasında kullanılmıştır. Böylece soğuk havayı ısıtmak için kullanılan yakıttan yaklaşık % 30 gibi bir tasarruf sağlanmıştır. 7. KAYNAKLAR [1] R.T.Oğulata, F.D.Kadem, E.Koç, Tekstilde Kurutma Yöntem ve Makineleri, 4.Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 000, Đzmir [] Babcock Textilmaschinen GMBH Ramöz Katalogu, 000 [3] Monforts Tekstil Terbiyesi Makineleri Katalogu, 008. [4] I.Tarakçıoğlu, Tekstil Terbiyesi ve Makineleri, Ege Üniversitesi, 1996, Đzmir. [5] S.Kutulan, PLC ile Endüstriyel Otomasyon, Birsen Yayınevi, 005. Đstanbul. [6] N.Berçin, SCADA Sistemlerinin Đncelenmesi ve O.G. Elektrik Dağıtım Tesislerinde Uygulanması, Đ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, [7] Communication Technologies Inc., SCADA Systems, Com. Tech. Inc,. National Communications System, Technical Information Bulletin 04 1, Chantill Virginia USA, 4 9 (004) 6. SONUÇ Tekstil mamülleri üretim sürecinde bir takım yaş işlemlere tabi tutulmakta ve bu nedenle değişik aşamalarda kurutulmaları gerekmektedir. Kumaş kurutma işleminde